频谱测量配置

频谱配置不是一组彼此独立的选项。先写清最高关注频率、所需分辨率、允许测量时间和幅值单位，再反推采样率与记录长度。

参数如何联动

flowchart LR
  Goal["关注频带与分辨率"] --> Fs["采样率 fs"]
  Goal --> T["记录时长 T"]
  Fs --> N["采样点数 N = fs T"]
  T --> Df["频点间隔 Δf = 1/T"]
  N --> Cost["存储与计算量"]
  Window["窗函数"] --> Band["等效噪声带宽与谱线展宽"]
  Average["平均与重叠"] --> Variance["方差与更新时间"]

参数	决定什么	实用规则
采样率 fs	可表示的数字频带	必须覆盖模拟抗混叠滤波器后的信号；不要只按目标谱线上限机械地取 2 × Fmax
Fmax	显示或分析的最高频率	Fmax <= fs/2；保留抗混叠滤波器过渡带和设备裕量
记录长度 N / 时长 T	数据量、频点间隔	T = N/fs，矩形 FFT 栅格间隔 Δf = fs/N = 1/T
窗函数	泄漏、主瓣宽度、幅值补偿	相干采样可用矩形窗；通用谱线测量常用 Hann；分辨近邻谱线时同时看主瓣和旁瓣
平均	随机方差	PSD 常用分段平均；平均不会补回被窗主瓣混合的近邻谱线
重叠	在固定数据长度内增加分段数	Hann 窗常从 50% 重叠起步；更高重叠会增加计算量，且相邻段并非独立
触发	记录起点与相位稳定性	瞬态用电平/边沿触发；阶次或相位测量需要稳定转速基准与通道同步
幅值缩放	数值和单位	必须注明峰值、峰峰值、RMS、功率、PSD 或 ASD，并应用对应窗补偿

配置步骤

1. 定义目标：例如“观察 0 到 5 kHz，区分相隔 2 Hz 的稳态谱线，报告 RMS 幅值”。
2. 根据传感器、模拟前端和抗混叠滤波器选择 fs，确认输入不会削顶。
3. 用 T >= 1/Δf 估算最短记录时长，再用 N = fsT 得到点数。
4. 选择窗。非相干稳态信号优先 Hann；强弱近邻谱线需要比较窗的主瓣宽度和旁瓣抑制。
5. 按目标选择平均：稳定随机过程使用线性平均；需要追踪变化时减少平均次数或采用指数平均。
6. 选择触发与重叠，确认更新率满足观察瞬态或在线监测的需求。
7. 用已知频率和幅值的校准信号验证频率、幅值、单位及通道相位。

两个容易混淆的分辨率

• Δf = fs/N 是 FFT 频点间隔，不等于一定能分开的最小谱线间距。
• 实际可分辨能力还受窗主瓣宽度、信噪比、记录稳定性和估计方法影响。

例如 fs = 25.6 kHz、N = 25 600 时，记录时长为 1 s，频点间隔为 1 Hz。使用 Hann 窗后，单条谱线会跨越多个频点；因此“1 Hz 频点”不能直接宣称“1 Hz 分辨能力”。

最小记录清单

每份频谱至少保存：采样率、有效频带、点数或记录时长、窗、重叠率、平均类型与次数、触发条件、传感器标定、幅值定义和工程单位。缺少这些信息，图形很难复现，也无法可靠比较。